Тема занятия: РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЗ ВНЕШНЕГО ОБЛУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗАЩИТЫПРИ РАБОТЕ С ИСТОЧНИКАМИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Цель занятия: Научиться определять расчетными методами дозу облучения при работе с источниками ионизирующих излучений и рассчитывать параметры защиты от внешнего облучения.
Учебно- целевые задачи:
1) изучить единицы физических величин, применяемых в радиационной гигиене (Приложение № 1),
2) познакомиться с методикой расчета доз облучения и расчета безопасных условий труда при работе с источниками ионизирующих излучений,
3) научиться, пользуясь НРБ 76/87 и НРБ-99 определять основные дозовые пределы и допустимые уровни внешнего облучения (ПДД, ПД, ДМД),
4) научиться оценивать уровни обучения различных категорий облучаемых лиц,
5) решить ситуационную задачу по определению дозы внешнего облучения и по расчету защиты от внешнего излучения,
6) ответить на вопросы контроля знаний
При проведении санитарно-дозиметрического контроля за условиями работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений для определения доз и контроля защиты, помимо измерений с помощью приборов, может производиться теоретический расчет. Особое значение имеют теоретические методы при проведении предупредительного санитарного надзора.
В гигиенической практике чаще всего применяются методы расчета доз и контроля защиты от g - и рентгеновского излучения.
В основу расчетных методов положены некоторые закономерности распространения ионизирующих излучений в пространстве, взаимодействие их с различными веществами и др.
Основными из этих закономерностей являются следующие:
1) доза внешнего облучения при прочих равных условиях пропорциональна интенсивности ионизирующих излучений и времени их действия;
2) интенсивность ионизирующих излучений от внешнего точечного источника пропорциональна количеству квантов или частиц, возникающих в нем за единицу времени, и обратно пропорциональна квадрату расстояния. Зависимость интенсивности излучения от расстояния в случае применения протяженного источника более сложная;
3) интенсивность излучения может быть уменьшена с помощью поглощения его материалами защитных экранов.
Пользуясь этими закономерностями, можно заметить основные принципы защиты от внешнего облучения.
1. Использование для работы источников с минимально возможным выходом ионизирующих излучений (защита активностью).
2. Проведение работ, связанных с облучением в течение минимального времени (защита временем).
3. Обеспечение во время этих работ максимального расстояния от источника до человека (защита расстоянием). Этот способ является чрезвычайно эффективным, так как доза уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния (при увеличении расстояния в 2 раза, доза уменьшается в 4 раза и т.д.).
4. При необходимости уменьшение интенсивности излучения с помощью экранов (защита экранами).
При работе с фотонными излучениями (g - и рентгеновское) доза внешнего облучения обычно рассчитывается по следующей формуле:
Ро ´ t
(1) Х = -----------------, где
R2
Х - доза внешнего облучения (Р);
t - время облучения (часы);
Р0 - мощность дозы, создаваемая источником на расстоянии 1 см (Р/ч).
R - расстояние до источника (см).
Учитывая, что для большинства радиоактивных изотопов экспериментально определена мощность дозы g-излучения (Р/час), создаваемая на расстоянии 1 см от точечного источника активностью 1 мКи [ эта величина называется g-постояннойданного изотопа (Кg) ], для расчета дозы g-излучения можно воспользоваться следующей формулой:
А ´ Кg ´ t
(2) Х = -------------------, где
R2
Х - доза внешнего облучения (Р);
А - активность источника (мКи);
Кg - гамма постоянная данного изотопа (Р/час). Гамма постоянные различных изотопов представлены в справочных таблицах “ Характеристика гамма-излучения радиоактивных изотопов”;
t - время облучения (часы);
R - расстояние до источника (см).
Если активность источника выражена в миллиграмм эквивалентах радия, формула (2) принимает следующий вид:
Г ´ 8,4 ´ t
(3) Х = ------------------, где
R2
Г - активность источника (мг-экв.радия),
8,4 - гамма постоянная радия (Р/час),
t - время облучения (часы);
R - расстояние до источника (см).
При использовании защитных экранов, в знаменатель формул 1-3 должен быть введен коэффициент ослабления излучения данным экраном (nх). Значение этого коэффициента зависит от вида излучения, его энергии, материала экрана и толщины. В практике этот коэффициент обычно берут из соответствующих таблиц.
РАСЧЕТ ЗАЩИТЫОТ ВНЕШНЕГО g - и РЕНТГЕНОВСКОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
1. Защита активностью.
Х (Р) ´ R2 (см) Х (Р) ´ R2 (см)
А (мКи) = --------------------; Г(мг-экв.Ra) = ---------------------, где
Кg (Р/ч) ´ t (час) 8,4 (Р/час) ´ t (час)
Х - допустимая доза облучения в конкретных условиях (за смену или неделю).
2. Защита временем.
Х (Р) ´ R2 (см) Х (Р) ´ R2 (см)
t(час) =-----------------------; t(час) =------------------------
А ´ Кg Г ´ 8,4
3. Защита расстоянием
А ´ Кg ´ t Г ´ 8,4´ t
R (см) =Ö ¾¾¾¾¾¾¾; R (см) = Ö ¾¾¾¾¾
X X
4. Защита экраном.
Необходимая толщина экрана для защиты от g-излучения находится в зависимости от энергии излучения, удельной активности источника, расстояния от источника до рабочего места, длительности работы и материала экрана.
Для расчета толщины экрана, которая ослабит дозу излучения от источника до предельно-допустимой величины при данных условиях необходимо определить следующее:
1. Кратность ослабления излучения экраном - К
Для расчета кратности ослабления излучения экраном необходимо знать, какую дозу можно получить работая с данным источником (или какая мощность дозы излучения на рабочем месте) и допустимую дозу или допустимую мощность дозы излучения на рабочем месте.
Дозу излучения можно рассчитать по приведенным выше формулам 1-3, а мощность дозы можно рассчитать по формуле 4 или измерить ее с помощью приборов.
Х
(4) Х = ¾¾¾¾¾, где
t
Х - мощность дозы излучения на рабочем месте (Р/час),
Х- доза облучения при работе с данным источником (Р),
t - продолжительность работы с источником (часы).
Для расчета необходимой кратности ослабления излучения экраном нужно фактические значения дозы или мощности дозы разделить на допустимую дозу или допустимую мощность дозы:
Х X
К = ¾¾¾¾¾¾ (5) К = ¾¾¾¾¾ (6), где
ПДД´ 0,5 ДМД ´ 0,5
ПДД - допустимая доза облучения в конкретных условиях (бэр);
ДМД - допустимая мощность дозы на рабочем месте (бэр/час);
0,5 - коэффициент запаса. Согласно пункта 3.7 НРБ-76/87, при проектировании защиты от внешнего ионизирующего излучения числовые значения допустимой дозы или допустимой мощности дозы необходимо использовать с коэффициентом запаса равным 2. Проектируемые допустимые дозы или допустимые мощности дозы должны быть в 2 раза меньше ПДД или ДМД.
Для расчета ПДД излучения необходимо основной дозовый предел для соответствующей категории облучаемых лиц и группы критических органов (НРБ-76/87, с.18) разделить на количество рабочих недель в году (для недельных условий работы) или на количество рабочих смен за год (для сменных условий работы):
5 бэр
ПДД за неделю для кат..А на 1 гр.критических органов = ¾¾¾¾ =0,1бэра 50 недель 5 бэр
ПДД за смену на 1 гр.критических органов = ¾¾¾¾¾¾¾
кол-во смен в году
Например, при 5-сменной рабочей неделе за 50 рабочих недель количество смен за год будет равным 250, тогда ПДД за неделю составит 0,02 бэра.
Для расчета ДМД основной дозовый предел для соответствующей категории облучаемых лиц и группы критических органов нужно разделить на количество рабочих часов за календарный год:
ДМДА = ПДД / t (мбэр/час); ДМДБ = ПД / t (мбэр/час), где
ПДД и ПД - основные дозовые пределы соответственно для категории А и Б (мбэр);
t - время облучения за календарный год (часы).
При условии работы по полной рабочей неделе (36 часов в неделю) стандартное время облучения для категории А принимается равным 1700 часов в год. Для категории Б стандартное время облучения при нахождении в служебных помещениях, на территории учреждения и в пределах санитарно-защитной зоны принимается равным 2000 часов, а при нахождении в жилых помещениях и на территории в пределах зоны наблюдения - 8800 часов.
Зная необходимую кратность ослабления излучения экраном, энергию излучения, и материал экрана необходимая толщина экрана определяется по таблицам или номограммам.
Для определения толщины экрана по таблицам необходимо знать кратность ослабления излучения, материал экрана и энергию излучения. В таблицах находят точку пересечения кратности ослабления и энергии излучения. Найденная цифра и есть толщина экрана в сантиметрах.
Для определения толщины экрана по номограммам необходимо знать кратность ослабления, материал экрана и наименование радиоактивного изотопа. В соответствующей номограмме по вертикальной оси откладывают значение кратности ослабления, затем проводят горизонтальную линию до пересечения с кривой материала экрана и опускают перпендикуляр на горизонтальную ось, на которой дается толщина экрана в см.
Пример расчета.
Определить дозу g-излучения при работе с препаратом радиоактивного йода-131, общей активностью 25 мКи. Время работы с препаратом составляет 12 часов в неделю. Препарат находится на расстоянии 0,5 м от тела работника.
По таблице “Характеристика g-излучения радиоактивных изотопов” находим Кg йода-131 (в приложении № 4), которая составляет 2,15 Р/час.
Пользуясь формулой 2, вычисляем экспозиционную дозу излучения, которую получит работник за неделю:
25 мКи ´ 2,15 Р/ч ´ 12 ч
Х = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 0,258 Р
502 см
Переводим найденную экспозиционную дозу в эквивалентную:
Н = О,258 ´ 0,97 ´ 1 = 0,250 бэр (0,97 - коэффициент пересчета экспозиционной дозы в поглощенную, 1 - коэффициент качества g-излучения).
Мощность эквивалентной дозы на рабочем месте составляет 0,25бэр/12 часов = 0,0208 бэр/ч или 20,8 мбэр/ч.
Сопоставляем дозу полученную работником с предельно-допустимой дозой. Так как данный работник относится к категории А облучаемых лиц, а облучению подвергается все тело, то согласно НРБ - 76/87 (стр.18, таблица 3.1 или в приложении 5) ПДД за год на первую группу критических органов составляет 5 бэр. При численности рабочих недель за год 50, ПДД за неделю составит 5 бэр/50 недель = 0,1 бэр.
ДМД = 5000 мбэр / 50нед.´ 12 часов = 8,33 мбэр/ч.
Следовательно, работник в данных условиях работы переоблучается, и такие условия работы неприемлемы. Необходимо изменить условия работы, при которых бы работник не переоблучался.
1) определим, с какой активностью может работать данный работник без переоблучения (защита активностью):
0,1 ´ 502
А = ¾¾¾¾¾ = 9,69 мКи
2,15 ´ 12
2) Определим безопасное бремя работы с данным препаратом (защита временем):
0,1 ´ 502
t = ¾¾¾¾¾ = 4,65 часа
25 ´ 2.15
3) Определим безопасное расстояние от препаратов (защита расстоянием):
25 ´ 2,15 ´ 12
R = ¾¾¾¾¾¾¾ = 80,3 см.
0,1
4) Определим необходимую толщину экрана из свинца, которая ослабит излучения до безопасного уровня, и работая за которым работник не будет переоблучаться:
По формулам 5 и 6 рассчитаем необходимую кратность ослабления излучения экраном:
К = 0.25 бэр ¸ 0,1 бэр ´ 0,5 = 5 раз;
К = 20,8 мбэр/ч ¸ 8,33 мбэр/ч´ 0,5 = 4,99 раз
Из таблицы “Характеристика g-излучения радиоактивных изотопов” определяем, что максимальная энергия g-квантов йода-131 составляет 0,722 Мэв (в приложении № 4). По таблице в приложении №6 находим толщину экрана из свинца, которая составляет 1,9 см.
Приложение № 1